[0001] Elektronenstrahl-Gravierverfahren und Einrichtung zu seiner Durchführung.
Technisches Gebiet
[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckform-Gravierverfahren mittels Elektronenstrahlen
und die Einrichtung dazu, bei dem in schneller Folge ein Raster aus näpfchenförmigen
Vertiefungen, sogenannten Rasternäpfchen, durch Einwirken eines Elektronenstrahls
in die Oberfläche einer Druckform, beispielsweise eines Tiefdruckzylinders hineingraviert
wird.
Zugrundeliegender Stand der Technik
[0003] Aus der DE-AS 11 23 571, der DL-PS 55 965, der DE-OS 21 11 628 und der DE-OS 24 58
370 sind bereits Verfahren zur Gravur von Druckformen mittels Elektronenstrahls bekannt,
mit denen Rasternäpfchen der verschiedensten Formen hergestellt werden können. Dabei
werden Intensität, Fokuslage, Energieverteilung im Strahl, Bewegung des Brennflecks
und Einwirkdauer zur Erzeugung unterschiedlicher Näpfchengeometrie gesteuert.
[0004] Insbesondere die kleinvolumigen Rasternäpfchen, die beim Tiefdruck die hellen Bildpartien
wiedergeben, erfordern eine hohe Konstanz bei der Herstellung. Die exakte Wiederholbarkeit
einer Näpfchengeometrie in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit (einige
/us) ist eines der schwierigsten Probleme der Elektronenstrahlgravur überhaupt.
[0005] Die Erfahrung zeigt, daß eine der Grundvoraussetzungen zur Beherrschung der lichten
Töne eine tonwertabhängige Veränderung der Fokuslage auf der Druckformoberfläche fordert.
Die DE-OS 24 58 370 beschreibt ein derartiges Verfahren, bei dem die Fokuslage so
gesteuert wird, daß die Brennfleckebene bei kleinen Rasternäpfchen näher an der Oberfläche
liegt als bei größeren. Allerdings geht das dort beschriebene Verfahren davon aus,
daß der Elektronenstrahl durch ein sogenanntes Blanking-System in den Pausen zwischen
der Gravur zweier aufeinanderfolgender Rasternäpfchen den dauernd eingeschalteten
Elektronenstrahl von der Druckformoberfläche weglenkt.
[0006] Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß der Elektronenstrahl nach Rückkehr auf die
Druckformoberfläche gewissen Einlaufeffekten unterliegt, die die Gravur instabil machen.
[0007] Die DE-OS 29 47 444 beschreibt ein Verfahren, das den Strahl nicht mehr von der Druckformoberfläche
weglenkt, sondern ihn unter Beibehaltung seiner Richtung nur mittels einer dynamischen
magnetischen Linse in der Pause zwischen der Gravur zweier aufeinanderfolgender Näpfchen
soweit defokussiert, daß kein Bearbeitungseffekt auf der Druckformoberfläche auftritt.
Wegen der Kürze der zur Verfügung stehenden Zeit gelingt eine solche Defokussierung
und Refokussierung nur mit einer zusätzlichen dynamischen Fokus-Spule, wie sie in
der DE-AS 27 52 598 beschrieben ist.
[0008] Diese Spule kann natürlich auch den in der DE-OS 24 58 370 beschriebenen zur Gravur
unterschiedlicher Näpfchen erforderlichen tonwertabhängigen Fokushub bewerkstelligen.
[0009] Für großvolumige Näpfchen wird dabei der engste Querschnitt des Elektronenstrahls
an die Oberfläche der Druckform gelegt. Es ergibt sich eine nahezu rechteckförmige
Stromverteilung über den gesamten Fleck. Für kleinvolumige Näpfchen wird der Fokus
etwas über die Druckformoberfläche gelegt. Der Strahl-hat nun zwar an der Oberfläche
einen viel größeren Druchmesser als bei Fokussierung in der Oberfläche, jedoch ist
an der Oberfläche die Leistungsdichteverteilung im Strahl ähnlich einer Gauß'schen
Verteilung. Vor allem weist der zentrale "Peak" eine höhere Leistungsdichte auf, als
die rechteckförmige Energieverteilung. Läßt man einen Strahl mit solcher Energiedichteverteilung
nur kurzzeitig auf die Oberfläche einwirken, so entsteht durch den "Peak" in der Strahlmitte
ein Näpfchen kleinen Durchmessers und kleiner Tiefe. Offensichtlich macht man sich
dabei ein Schwellwertverhalten des Bearbeitungsvorgangs zu Nutze.
[0010] Die Praxis zeigt aber, daß dieses Schwellwertverhalten außerordentlich schwierig
stabil zu halten ist. Geringe Drifterscheinungen in den Betriebsparametern einer Elektronenstrahlkanone,
insbesondere thermische Driften, machen es unmöglich, dieses Schwellwertverhalten
für die ganze Zeit der Gravur eines Tiefdruckzylinders stabil zu halten, und gerade
in lichten Bildpartien (kleinen Näpfchen) ist das menschliche Auge für geringe Dichteschwankungen
außerordentlich empfindlich.
Offenbarung der Erfindung .
[0011] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, daß
eine langzeitkonstante Gravur aller erforderlichen Tonwerte gestattet, ohne das beschriebene
instabile Schwellwertverhalten zur Tonwertbildung heranzuziehen.
[0012] Die Erfindung erreicht dies mit den im Anspruch 1 genannten Maßnahmen. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
[0013] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 näher beschrieben. Es
zeigen:
Figur 1: Strahlengang
Figur 2: Fokusverhältnisse bei der Gravur von großen Näpfchen.
Figur 3: Fokusverhältnisse bei der Gravur von kleinen Näpfchen.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
[0014] Wie Figur 1 zeigt, wird eine 3stufige verkleinerte Abbildung der Elektronenquelle
mittels magnetischer Linsen vorgenommen. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck eine
erste langbrennweitige Linse 1 mit einer zweiten kurzbrennweitigen Linse 2 kombiniert.
Die dritte Linse 3 ist langbrennweitig und ermöglicht den großen Arbeitsabstand zur
Druckformoberfläche 4; sie entspricht der Hauptlinse der bisher bekannten Elektronenstrahlkanone
und ist mit einer dynamischen Linse 3a kombiniert, wie sie in der DE-AS . 27 52 598
beschrieben ist. Eine ebensolche dynamische Linse 5 ist in der ersten langbrennweitigen
Linse 1 angeordnet. Bei Erregung dieser Linse 5 wird die Bildweite der ersten langbrennweitigen
Linse 1 um einen gerinen Betrag verändert. Der Abbildungsmaßstab der Linsenkombination
1/5 ändert sich dabei nur wenig. Da jedoch die Abbildung der Elektronenquelle 6 durch
die Kombination von Linse 1 und Linse 5 das Objekt der zweiten kurzbrennweitigen Linse
2 darstellt, führt eine geringe axiale Verlagerung des ersten Zwischenbildes zu einer
großen Änderung des Abbildungsmaßstabes der Linse 2. Der Abbildungsmaßstab der Linsenkombination
3/3a wird durch die Verlagerung des zweiten Zwischenbildes nur sehr wenig verändert.
Der dadurch entstehende Fehler in der Fokuslage auf der Druckformoberfläche 4 kann
durch Änderung der Anpassung der dynamischen Linse 3a kompensiert wer-, den.
[0015] Ein Zahlenbeispiel möge dies verdeutlichen: Verkleinert z. B. die Linse 1 dreifach,
und wird die Linse 5 in ihr nicht erregt, so.kann die zweite kurzbrennweitige Linse
2 so eingestellt sein, daß sie ein Abbildungsverhältnis von 1 erzeugt. Wenn Wenn die
Linse 3 dann ein Abbildungsverhältnis von 4 erzeugt, so ist die Gesamtverkleinerung
gleich 12. In Figur 1 ist der sich ergebende Strahlengang mit durchgezogenen Linien
dargestellt. Wird nun die in Linse 1 angeordnete Linse 5 erregt, so rückt das erste
Zwischenbild näher auf die Linsenkombination 1/5 zu. Gleichzeitig wird die Objektweite
der zweiten kurzbrennweitigen Linse 2 größer. Dies bedeutet, daß-die kurzbrennweitige
Linse 2 nun bei unveränderter Erregung einen Abbildungsmaßstab von beispielsweise
3 aufweist. Der Gesamtverkleinerungsmaßstab der Anordnung hat sich somit auf 36 verändert.
Der sich ergebende Strahlengang ist in Figur 1 gestrichelt dargestellt.
[0016] Wird hinter der kurzbrennweitigen Linse 2 eine Aperturblende 7 angeordnet, so kommt
es zusätzlich zur Modulation des Abbildungsmaßstabes auch zu einer Modulation der
Strahlenergie.
[0017] Dadurch ist es möglich, sowohl kleine wie große Näpfchen mit etwa gleicher Leistungsdichte
zu garantieren.
[0018] Die.Fokusverhältnisse am Wirkpunkt des Strahls sind für große Näpfchen in Figur 2,
für kleine Näpfchen in Figur 3 dargestellt. L bezeichnet die. Strahlleistungsdichte
und r bezeichnet den Radius am Einwirkpunkt.-Um eine Vorstellung von den Dimensionen
zu geben, sind in Figur 2 und 3 einige Maße als Anhalt eingetragen.
[0019] Die beschriebene Anordnung ermöglicht eine sehr schnelle Änderung des Abbildungsmaßstabes.
Die Einstellzeit beim Übergang von starker zu schwacher Verkleinerung und umgekehrt
läßt sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung in ca. 1
/us durchführen.
[0020] Die Erregung der Linse 5 liegt in der gleichen Größenordnung, wie sie auch für das
in der DE-OS 29 47 444 beschriebene Unscharf tasten des Strahls in der Gravurpause
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Näpfchen erforderlich ist.
Gewerbliche Verwertbarkeit
[0021] Die Erfindung kann mit Vorteil bei der Gravur von Druckformen mit Elektronenstrahlen
verwendet werden. Sie kann auch überall da eingesetzt werden, wo Materialbearbeitung
irgendwelcher Art wie Schweißen, Bohren, Gravieren, Erhitzen usw. mit Ladungsträgerstrahlen
ausgeführt wird. Darüber hinaus kann sie auch auf dem Gebiet der Elektronenstrahl-Lithographie
Anwendung finden.
1. Elektronenstrahl-Gravierverfahren zum Erzeugen von Rasternäpfchen unterschiedlicher
Abmessungen in einer Druckformoberfläche, bei welchem die Rasternäpfchen durch Einwirkung
eines ständig auf die Oberfläche gerichteten defokussierbaren Elektronenstrahls zustande
kommen, der in Arbeitsstellung in oder unmittelbar in der Umgebung der Oberfläche
fokussiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Einwirkdauer und der Fokuslage
gleichzeitig der Abbildungsmaßstab der Ladungsträgerquelle auf der Druckformoberfläche
4 tonwertabhängig gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß große Rasternäpfchen mit
mäßiger, kleine Rasternäpfchen mit starker elektronenoptischer Verkleinerung der Ladungsträgerquelle
hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß sowohl für große
wie für kleine Rasternäpfchen die Leistungsdichteverteilung im Strahl nahezu rechteckförmig
ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Abbildungsmaßstab
auch die Leistungsdichteverteilung im Strahl tonwertabhängig gesteuert wird.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß außer dem Hauptlinsensystem 3/3a im Strahlengang der Elektronenkanone noch mindestens
2 weitere Linsensysteme 1/5 und 2 angeordnet sind und daß die Erregung der Linse 5
tonwertabhängig veränderbar ist.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den Linsensystemen 2 und 3/3a eine Aperturblende angeordnet
ist.